SE516774C2 - Aerosolapparat med turboseparator - Google Patents

Description

25 30 35 40 45 516 774 Allmän gel Föreliggande uppfinning hänför sig till en apparat, som definieras i efterföljande patentkrav och vilken är avsedd för framställning av medicinska eller tekniska aerosoler av homogen storlek och där denna kan varieras inom vissa gränser beroende på utformningen av apparaten och på gastrycket med vilken den matas. Med lämplig dimension på dessa variabler kan man framställa en aerosol med högt vätskeinnehåll, som till väsentlig del består av sub- microna partiklar vilka har egenskapen att de till mer än 90% deponeras i små luftvägar eller i alveoler, medan konventionella s.k. jetaerosoler till stor del deponeras i munhàla eller grova luftvägar där effekt saknas eller är dålig. Apparaten kan för den skull i medicinskt bruk användas för att tillföra läkemedel, som förstörs i mag-tarmkanalen, som insulin och liknande peptidhormoner och läkemedel där man önskar snabb effekt efter resorption och hög effekt av en liten dos, t ex. för snabb smärtlindring med morfin.

Apparaten kan också användas för att framställa tekniska aerosoler av homogen storlek med hög effektivitet och täthet.

Föreliggande uppfinning kännetecknas av att en primär aerosol, med fördel genererad i en apparat av den typ som beskrivs i EP 0191018, och vilken breder ut sig radiellt under frigörande av energi, på lämpligt avstånd träffar en cirkulär, sekundär baffle, i form av en avskuren kon, vilken deflekterar gasflödet och mindre partiklar med låg inertia mot vätskebehållarens botten medan större partiklar impakterar mot väggen och droppar ned i vätskebehållarens botten.

Genom ejektorverkan skapas ett undertryck i den övre delen av den koniska baffeln , som står i öppen förbindelse med övre delen av nebulisatorhuset, och ett övertryck i vätske- behállaren under den koniska baffeln. Denna är ej förbunden med ett rör som mynnar utanför apparaten. Drivgas och aerosolpartiklar kommer för den skull att strömma upp runt den cirkulära, koniska baffelns kant och med ökande hastighet på nytt sugas ned i baffelns övre mindre öppning. Eftersom ejektorflödet erfarenhetsmässigt kan vara 4-6 gånger primärflödet och således >15 l/min, bildar det en virvel, som stryker upp efter baffelns yttersida och ner på dess insida genom den expanderande ytan av gas och primär aerosol, kommer denna ha en effekt på aerosolbildningen och modifiera aerosolen så mycket att en adekvat benämning på anordningen är “turbo separator".

Turboseparatorn påverkar och modifierar primäraerosolen med följande mekanismer; 1; l viss mån beroende på ytspänningen hos vätskan men, för normala inhalationvätskor vid ca 2 pmm, kommer mindre partiklar att ha en ytspänning, som överstiger kappillärkraften 10 15 20 25 30 35 40 45 516 774 3 ; Med partiklar större än ca 2 um överstiger kappillärkraften ytspänningen.

Vid passagen av det radiella primärflödet kommer därför partiklar större än 2 um att kollidera med och flyta samman (kondenseras) med större partiklar och följa dessa till separatorväggen och återvända till vätskebehållarens botten.

Mindre partiklar väter ej varandra eller större partiklar utan följer gasflödet runt turboseparatorn. Allt fler nybildade micropartiklar dras in i turboflödet och koncentreras i detta.

Ett flöde motsvarande flödet på drivgasen avgår kontinuerligt till övre delen av nebulisatorn, där, lämpligen med tidigare känd teknik, ett rör försett med en förrådspåse av lämpligt material, lagrar den bildade aerosolen under patientens utandningsfas, så att all bildad aerosol kommer att andas in av patienten. Ett optimalt primärflöde (drivflöde) bör för den skull ligga mellan 4 och 5,5 l/min. Det är nämligen önskvärt att den största delen av bildad aerosol levereras till den del av andetaget, som nàr små luftvägar eller alveoler vilket motsvarar ca 70% av den normala andningsvolymen på ca 8 l/min. Mellan röret till förrådspåsen och inandningsröret kan lämpligen anordnas en deflektor( 15), som tvingar gasen från förrådspåsen ned mot området för turboflödet, vilket ger ett ökat tillskott av respirabla partiklar under inandningsfasens första del.

Karaktären på aerosolen kan varieras inom vida gränser genom utformningen av: 1; Anordningar som bildar primäraerosol. 2; Diametern på turboseparatorn där den träffas av primäraerosolen. 3; Vinkeln på turboseparatorns koniska vägg i förhållande till primäraerosolen. 4; Ytan på den övre öppningen i turboseparatorn. åggcigll gel Uppfinningen skall i det följande beskrivas i anslutning till bifogade ritningar, vilka visar ett exempel på en vald och praktiskt prövad utföringsform vilken definieras i patentkraven.

Fig. 1 visar ett längssnitt genom en typ av aerosolapparat enligt uppfinningen.

Fig . 2 visar ett uppförstorat snitt genom de aerosolbildande delarna.

Fig. 3 visar funktionen hos en aerosolapparat (nebulisator) enligt uppfinningen.

Apparaten kan tillverkas av plast eller annat lämpligt material, där kvaliteten kan varieras beroende på om apparaten är avsedd för en- eller flergångsbruk. l Fig 1-3 betecknar (l ) apparatens överdel. Botten på nebulisatorhuset, (2) utgör vätskebehållare och (3). betecknar vätskekanalerna, som leder vätskan som skall riebuiiseras till toppen av ytterhyisan, (4 ), vars övre ända utgör munstycksplatta, (5 ).

Centrumpelaren (6) kan vara formsprutad i ett stycke med behållarens underdel, eller infäst med O-ringtätning, eller på annat lämpligt sätt. 10 15 20 25 30 35 40 45 516 774 l centrum på 6 leder luftkanalen 7 till luftmunstycket i centrum på munstycksplattan 5 .

Optimal diameter på Coandaplattan (8) är 4 till 8 mm. och på munstycksplattan 30 till 30-75 % därav. Turboseparatorn (9) i form av en avskuren kon är är dels förbunden med den övre delen av coandaplattan , dels med ytterhylsan (4) med 2 eller flera vertikala väggar (l 0) och med en cylinder(1 1) som passar på på ytterhylsan 4 och vars läge optimeras av en stoppklack på 4. Likartad men något sämre funktion , kan uppnås om coandaplattan ersätts av en horisontell balk , företrädesvis med en plan och med och med munstycksplattan paralell undersida , vars bredd bör ligga mellan 1 och 3 mm. Med (1 2) betecknas inandningsmunstycket med dess backventil , medan (1 3) betecknar ett rör till reservoirpåsen (1 4). för aerosol och (1 5), väggen som deflekterar aerosol och gas från från reservoir påsen mot aerosolbildningszonen i början av inandningsfasen.

Vätskekanalerna (3) utgörs av 2-3 infrästa spår i 2-3 infrästa spår i centralpelarens yta vardera med en tvärsnittsyta på 0,05 till 1 kvadratmillimeter. Vätskekanalerna skapas när ytterhylsan (4) träds över centrumpelaren och mynnar i ett antal munstycken , eller en cirkulär springa , runt och nära luftmunstycket i munstycksplattans (5) plan eller som en springa i väggen på luftkanalen 0,2 till 1,5 mm under munstycksplattans plan. lfig. 3 ,får Coandaplattan ( 8) den energirika tryckluftstrålen (a) att awika 90” och genom Coandaeffekt (=väggeffekt adherera till dess yta medan den under tryckfall sprider sig radiellt över dess yta, som sekundärflödet b . Undertrycket som uppstår gör att gör att vätska sugs upp genom vätskekanalerna och bildar en primär aerosol, dels vid anslaget mot Coandaplattan och dels när vätske filmen frigörs vid coandaplattans kant som sekundär flödet b och sprids radiellt och innehåller aerosolpartiklar av varierande atorlek från submikrona till ca 100 um. Aerosolflödet b deflekteras delvis som tertiärflödet c, mot till stor del till separatorns vägg (9), medan mindre fraktioner huvudsakligen följer flödet c.

Ejektoreffekten av det expanderande flödet b. och det primärt nedätriktade flödet skapar ett undertryck i den övre delen av nebulisatorn mot behållarens botten. Partiklar större än 10 um adhererar turbo- och ett övertryck under separatorn vilket utjämnas genom att flödet c bildar turboflödet (c-d) , som en virvel runt väggen (e) .

Genom den höga flödeshastigheten kommer större partiklar att impaktera och separeras bort när flödet c vänder upp mellan turboseparatorns nederkant och och behållarväggen 2. och vid den tvära och snäva ändringen av rörelseriktning vid passagen genom turboseparatorns övre öppning. Turbofiödet (c-d) passerar sedan i det närmaste vinkelrätt genom sekundärflödet (b) som innehåller den primärt bildade aereosolen .

Partiklar i denna mindre än 2 um rycks med och ökar andelen av små partiklar i flödet (d) 10 15 20 25 30 35 40 45 516 774 under b ,vi|ka dras in i turboflödet c-d. Partiklar större än 2 um kondenseras ( flyter samman med andra lika stora), och impakterar mot turboseparatorns vägg.

Flödet genom turboseparatorn måste dock anpassas genom primärflödet, genom vinkeln på turboseparatorns vägg relation till flödet b, och genom aeran på den övre öppningen i turbosepararorn (9)eftersom ett alltför kraftigt turboflöde (c)kan göra att även större partiklar i (b) ej impakterar mot väggen 9 utan dras med i turboflödet. En fraktion av partiklar större än lO um kan då störa kvaliteten på den bildade aerosolen. Med optimalt avpassade flöden och diametrar på turboseparatorn 9 erhålles en mycket koncentrerad och fin aerosol redan vid moderata primärflöden och -tryck som 2-5 l/min och 1-2 Bar.

Uppfinningen är givetvis ej begränsad till detta utförande, utan turbo-separatorn ger en motsvarande förbättring av alla primäraerosoler. Användning av turbo-separatorn med andra anordningar för åstadkommande av primära aerosoler, eller aerosoler modifierade mot en baffle, som ger den sekundära aerosolen ett radiellt expanderande flöde, som kan driva turboflödet, faller således också under uppfinningen.

Referenser l: Arborelius M Jr: Generation of a microaerosol suitable for deposition in peripheral ainlvays. Eur, J. Respir. Dis. 1982:63,Suppl. 119119-27. 2: Reklamblad för "Sidestream" nebulisator.

Claims (9)

'lO 15 20 25 30 35 40 45 516 774 Pa tentkrav

1. Anordning vid aerosolapparater, av den typ som vid sin användning skapar ett horisontellt aerosolflöde (b), innefattande en överdel (1) , en underdel och vätskebehållare (2), en central pelare (6) med en luftkanal och tryckluftsmunstycke (7), vätskekanaler (3) mellan centralpelaren och en ytterhylsa (4) och en platta, eller en på undersidan plan eller lätt vinklad balk (8) , vinkelrätt mot det primära flödet (a) från luftmunstycket (7), som av balken eller plattan (8) böjs av ca 90” och skapar det horisontellt, expanderande flödet (b) innehållande primäraerosol, kännetecknad av att det horisontella flödet (b) träffar en cirkulär baffle, turboseparatorn (9) i form av en avskuren kon vars vägg har en vinkel på 45°i 30° i förhållande till flödet (b) och med den större diametern riktad mot behållarens (2) botten, medan den mindre diametern öppnar sig mot apparatens överdel (1). Turboseparatorn är fast eller löstagbart förenad med ytterhylsan (4) och plattan eller balken (8) med t.ex. den lodräta väggen(10) och en cylinder(11)som passar på ytterhylsan(4) . Anordningen kännetecknas vidare av sin funktion där flödet (b) deflekteras mot behållarens (2) botten när det träffar turboseparatorns vägg (9) , varvid genom ejektorverkan skapas ett turboflöde av gas och aerosolpartiklar (c-d) runt denna vägg (9) varvid turboflödet , genom kondensering och impaktion av större partiklar och indragning av små partiklar i turboflödet, ökar koncentrationen och volymen av små, respirabla partiklar i aerosolen.

2. Anordning enligt krav 1 kännetecknad av att turboseparatorn (9) är infäst i överdelen på aerosolapparaten (1) och genom stoppklackar eller liknande anordningar låses i optimalt läge i förhållande till flödet b när apparaten sätts ihop.

3. Anordning enligt patentkrav 1 och/eller 2 kännetecknad av att det gasflöde (e), av samma storlek som primärflödet (a), och som mäste avgå från apparatkroppen (1-2)under patientens utandningsfas, via ett rör (13) lagras i en förrådspåse (14) av plast eller annat lämpligt material för att utgöra första delen av påföljande inandning. Z-3 kännetecknad av att inandningsmunstycket (11) är försett med en lättrörlig backventil (12) och anordning i

4. Anordning enligt patentkrav 'l och eller 10 15 20 25 30 35 40 45 516 774 7 form av en lättrörlig backventll eller ett lämpligt stort hål för att förse patienten med luft när förrådspåsen (14) tömts och för att tillåta utandning.

5. Anordning enligt patentkrav 1- 4 kännetecknad av att i behàllarens överdel (2) finns anordnad en vägg (15) mellan inandningsmunstycket ll och röret 13, till förrâdspåsen (14), vilken tvingar aerosolen fràn förrådspåsen (14) mot aerosolbildningszonen under början av inandningen för att ytterligare öka koncentrationen av respirabel aerosol under inandningsfasen.

6. Användning av anordning enligt krav 1-5 i aerosolapparater där primäraerosolen bildas mellan en munstycksplatta med ett centralt luftmunstycke och en platta eller balk och där vätskekanaler mynnar i två eller flera hàl eller i en cirkulär slits nära luftmunstycket och i samma plan som detta och där vätsketransport till aerosolbildningsområdet sker genom tryckfall av den radiellt expanderande gasen mellan luftmunstycket och plattan eller balken.

7. Användning av anordning enligt kraven 1-5 i aerosolapparater där primäraerosolen bildas när vätskekanalen mynnar under, men nära, munstycks-plattans plan, i väggen på den centrala luftkanalens (7) mynning och transport av vätska sker genom tryckfall i den expanderande gasen l luftmunstycket.

8. Användning av anordningar enligt kraven 1-5 för att framställa en respirabel aerosol för medicinsk behandling genom inhalation.

9. Användning av anordningar enligt kraven 1-5 för att framställa en ultrafin homogen aerosol för teknisk användning.